直驱阀控制系统设计及验证

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1、第43卷第2期2017年4月航空发动机AeroengineV01．43No．2Apr．2017直驱阀控制系统设计及验证张宇，陈珂，王少永，李华忠，彭国华，罗星(中国航发控制系统研究所，江苏无锡214063)摘要：为提高直驱阀系统的动态特性和稳定性，设计了1种位置环加电流环的直驱阀双闭环控制系统，其中位置环采用比例积分控制加相位超前校正，电流环采用比例积分控制。在MATLAB平台上，开展了电流环仿真、位置环的参数辨识以及仿真；在由DSP和FPGA构成的验证平台上，开展了试验验证，电流环与位置环的控制效果与仿真模型均一致，获得了400Hz以上的电流控制带

2、宽和25Hz以上的位置控制带宽。研究结果表明：此控制器设计及校正方法可有效提高直驱阀系统的动态特性和稳定性。关键词：直驱阀；超前校正；模型识别；双闭环控制；航空发动机中图分类号：V233．7文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2017．02．007DesignandVerificationofDirectDriveValveControlSystemZHANGYu，CHENKe，WANGShao—yong，LIHua—zhong，PENGGuo—hua，LUOXing(AECCAeroEngineControl

3、SystemInstitute，WuxiJiangsu214063，China)Abstract：Inordertoimprovethedynamiccharacteristicandstabilitymarginofthedirectdrivevalvesystem，adouble-loopcontrolsystemofDirectDriverValvewhichincludeapositioncontrolloopandacurrentcontrolloopwasdesigned．Thepositioncontrolloopwasdesigned

4、intocontrollerwhichcomposedaPIcontrollerandaleadcorrectionlink，andthecurrentloopcontrollerwasdesignedintoaPIcontroller．AsimulationworkofthecurrentloopwascarriedoutinMATLAB，andSOdidthemodelidentificationandthesimulationworkofthepositionloop．Averificationexperimentwascarriedoutin

5、aDSPandFPGAbasedonexperimentalplatform，boththecurrentloopcontrollerandthepositionloopcontrollercanobtainsimilarperformancewithsimulation．Thecurrentloopcanobtainawidebandwidthupto400Hz，andthepositionloopbandwidthcanbeupto25Hz．Theresultsshowthatthedesignandthecorrectionmethodcani

6、mprovethedynamiccharacteristicsandstabilitymarginoftheDDVsystemobviously．Keywords：DirectDriveValve；leadcorrection；modelidentification；doubleloopcontrol；aeroengineO引言在航空发动机数字控制系统中，传统电液伺服阀作为主要的电液转换元件被广泛应用于油针、导叶、矢量喷管等伺服回路的控制。然而，由于传统电液伺服阀存在一些致命缺陷(结构复杂、抗污染能力差等【11)，其故障已经成为发动机数字控制系统最主

7、要故障来源之一。直驱阀(DirectDriveValve，DDV)的出现则从根本上解决了这些问题。较之传统电液伺服阀，直驱阀利用力(矩)马达直接驱动主阀芯，没有尺寸精密的喷嘴挡板及射流嘴等易堵塞的结构，抗污染能力强、可靠性高，是伺服阀的主要发展趋势[2-5]。国外早在20世纪80年代就已经开始将DDV应用于各种主战飞机的飞控系统中[61。国内DDV的研究起步较晚，文献[7】成功将DDV应用于飞机的刹车系统中；文献[8—9]将DDV应用于飞机的飞控系统中，获得较好的控制效果；文献[10]基于H桥和可编程器件开展了直驱阀驱动器的硬件设计及控制逻辑设计；北

8、航蔚永强等就直驱阀系统的余度控制策略开展了详细建模和仿真，有效克服余度降级带来的系统性能下降，改善了系统的品